Мощные электроустановки характеризуются высокими значениями действующих напряжения и тока. В целях удобства и безопасности обслуживания в таких установках главные цепи, непосредственно включающие в себя производственную нагрузку, обычно отделены от вспомогательных — цепей управления, защиты, сигнализации и контроля.
Контроль за процессами и измерение величин главной цени приборами, включенными во вспомогательную цепь, осуществляются посредством измерительных трансформаторов, заменяющих электрическую связь между цепями магнитной. Точность показаний, передаваемых из одной цепи в другую, зависит от погрешности, обусловленной физическими процессами в измерительных трансформаторах.
Выполнение необходимых функций вспомогательными электрическими цепями по контролю за процессами в главных цепях обеспечивается двумя величинами: напряжением и током. В соответствии с этим измерительные трансформаторы делятся на трансформаторы напряжения ТН и тока ТТ, включаемые своими первичными обмотками соответственно параллельно и последовательно в главную цепь с нагрузкой Н. К вторичным обмоткам подключаются цепи контроля II с приборами Я.
Трансформаторы напряжения
Главной характеристикой ТН является номинальный коэффициент трансформации, равный отношению номинальных величин первичного и вторичного напряжений. Трансформаторы напряжения конструируют таким образом, чтобы при любом поминальном первичном напряжении вторичное равнялось 100 В. Номинальные первичные напряжения соответствуют шкале стандартных напряжений: 3; 6; 35; ПО кВ и т. д.
Коэффициент трансформации не постоянен и зависит от нагрузки вторичной обмотки трансформатора.
В установках напряжением до 10 кВ применяют одно- и трех- фазные трансформаторы напряжения. На напряжении 35 кВ и выше используют однофазные измерительные ТН, соединяемые звездой в трехфазную группу.
Обмотки, располагаемые на среднем стержне трехстержневого магнитопровода, помещены в бак с трансформаторным маслом, служащим для охлаждения и изоляции обмоток. Однофазные трансформаторы на 10 и 6 кВ (НОМ-Ю и НОМ-6) аналогичны по конструкции. Они имеют два одинаковых ввода
на стороне высшего напряжения, изоляция каждого из них рассчитана на полное номинальное напряжение сети.
Трансформаторы 3HOM-35 включаются на стороне высшего напряжения в звезду, образуя группу из трех трансформаторов. Поэтому на стороне высшего напряжения один из двух вводов рассчитан на полное линейное напряжение, а другой, присоединенный к нулевой точке трехфазной группы, имеет меньший габарит по сравнению с первым. Трансформаторы 3HOM-35 имеют две вторичные обмотки и четыре вывода низшего напряжения на крышке бака. На крышке бака установлен расширитель для трансформаторного масла.
Кроме однофазных для устройств 6 и 10 кВ применяют трехфазные трансформаторы напряжения НТМК, в которых на трехстержневом магнитопроводе располагаются обмотки, соединяемые в трехфазные группы.
Для выявления повреждений изоляции, сопровождающихся замыканием на землю, в сетях и установках напряжением до 10 кВ используют пятистержневые трехфазные трансформаторы напряжения НТМИ. С помощью таких трансформаторов особые приборы реагируют на замыкание одной фазы главной цепи на землю.
Из теории электротехники известно, что в симметричной трехфазной системе сумма фазных токов в любой момент времени равна нулю. При замыкании одной фазы на землю образуются токи, которые в любой момент времени направлены одинаково, и сумма этих токов не равна нулю. Эти токи образуют в стержнях магнитопровода магнитные потоки, для замыкания которых требуется особый дополнительный контур. Для образования такого контура служат дополнительные стержни пятистержневого трансформатора.
Одна из двух групп обмоток низшего напряжения трансформатора НТМИ соединена в схему «открытого треугольника», ее выводы подключаются к приборам контроля изоляции и защиты от замыкания на землю. В этой обмотке наводится ЭДС магнитным потоком, совпадающим по фазе во всех трех стержнях магнитопровода, который возникает при замыкании на землю.
Трансформаторы тока характеризуются поминальным напряжением, определяющим возможность использования их в установке по условиям диэлектрической прочности, и номинальным коэффициентом трансформации. Стандартная величина вторичного номинального тока составляет 5 Л для любых трансформаторов тока. Шкала номинальных первичных токов представляет ряд следующих значений: 5; 10; 15; 20; 30; 40; 50; 75; 100; 150; 200; 300; 400; 500; 600; 750; 800; 1000 А И т. д.
Коэффициент трансформации трансформаторов тока не постоянен по величине и зависит от нагрузки. Отклонения истинного значения коэффициента трансформации от его номинальной величины определяется классом точности трансформатора тока. В зависимости от нагрузки трансформатор тока работает с той или другой степенью точности.
Исполнение трансформаторов тока зависит от рабочего напряжения, в соответствии с которым выполнена изоляция токоведущих частей; первичного тока, от которого зависят сечение и конструкция первичной обмотки; места установки и условий работы; исполнения обмоток и др.
Для изоляции трансформаторов тока на 6 и 10 кВ применяют фарфор или компаунд на основе эпоксидной смолы. В трансформаторах тока для установок напряжением 35 кВ и выше обмотки и магнитопровод смонтированы в фарфоровом корпусе, заливаемом трансформаторным маслом.
От первичного тока зависят сечение шины или стержня, образующего первичную обмотку, а также число ее витков.
По способу установки различают проходные и опорные трансформаторы тока, а также встроенные во вводы масляных выключателей пли силовых трансформаторов.
Трансформаторы первой и второй разновидностей устанавливают в шкафах распределительных устройств напряжением 6 и 10 кВ. Первичной обмоткой служит стержень или шина, охваченная магнитопроводом, набранным из листовой трансформаторной стали. На магнитопроводе располагается катушка вторичной обмотки, концы которой выведены к зажимам для присоединения приборов. Обмотки трансформаторов тока залиты эпоксидным компаундом, образующим изолирующий корпус.
Для наружных устройств напряжением 35 кВ и выше трансформаторы тока часто встраивают в проходные изоляторы вводов трансформатора или масляного выключателя. Для первичной цепи трансформатора тока используют токопроводящий стержень в фарфоровом изоляторе. Стержень проходит сквозь тороидальный магнитопровод с расположенной па нем вторичной обмоткой.
Особую разновидность представляют собой кабельные трансформаторы тока пулевой последовательности. Кабельные трансформаторы тока (ТЗ и ТЗР) служат для защиты кабеля и подключенной к нему электроустановки в трехфазных системах от замыкания одной фазы на землю.
Трансформатор представляет собой тороидальный магнитопровод с катушкой, надеваемый на кабель. Функцию первичной обмотки выполняют жилы трехфазного кабеля, проходящего внутри сердечника.
При симметричной нагрузке трех фаз кабеля, а также при двух- или трехфазном коротком замыкании сумма токов в фазах в любой момент времени равна нулю. Следовательно, магнитный поток в сердечнике также равен нулю и ЭДС во вторичной обмотке не наводится. При замыкании на землю одной фазы симметрия нарушается и ток замыкания создает в магнитопроводе поток, который наводит ЭДС во вторичной обмотке. Выводы ее подключаются к реле защиты. Заземляющий провод служит для проверки и наладки защиты.
